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1、1第6章橋梁工程分析第6章ANSYS橋梁工程應(yīng)用實(shí)例分析本章重點(diǎn)結(jié)構(gòu)分析具體步驟結(jié)構(gòu)靜力分析桁架結(jié)構(gòu)建模方法結(jié)構(gòu)模態(tài)分析本章典型效果圖專業(yè)技術(shù)資料1第6章橋梁工程分析6.1引言ANSYS通用有限元軟件在土木工程應(yīng)用分析中可發(fā)揮巨大的作用。我們用它來(lái)分析橋梁工程結(jié)構(gòu),可以很好的模擬各種類型橋梁的受力、施工工況、動(dòng)荷載的耦合等。ANSYS程序有豐富的單元庫(kù)和材料庫(kù),幾乎可以仿真模擬出任何形式的橋梁。靜力分析中,可以較精確的反應(yīng)出結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力分布、內(nèi)力情況等;動(dòng)力分析中,也可精確的表達(dá)結(jié)構(gòu)的自振頻率、振型、荷載耦合、時(shí)程響應(yīng)等特性。利
2、用有限元軟件對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行全橋模擬分析,可以得出較準(zhǔn)確的分析結(jié)果。本章介紹橋梁結(jié)構(gòu)的模擬分析。作為一種重要的工程結(jié)構(gòu),橋梁的精確分析具有較大的工程價(jià)值。橋梁的種類繁多,如梁橋、拱橋、鋼構(gòu)橋、懸索橋、斜拉橋等等,不同類型的橋梁可以采用不同的建模方法。橋梁的分析內(nèi)容又包括靜力分析、施工過(guò)程模擬、動(dòng)荷載響應(yīng)分析等??梢钥闯鰳蛄旱恼w分析過(guò)程比較復(fù)雜。總體上來(lái)說(shuō),主要的模擬分析過(guò)程如下:(1)根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù),選擇合適的單元和材料,建立準(zhǔn)確的橋梁有限元模型。(2)施加靜力或者動(dòng)力荷載,選擇適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件。(3)根據(jù)分析問(wèn)題的不同,選擇合適的求解
3、器進(jìn)行求解。(4)在后處理器中觀察計(jì)算結(jié)果。(5)如有需要,調(diào)整模型或者荷載條件,重新分析計(jì)算。橋梁的種類和分析內(nèi)容眾多,不同類型橋梁的的分析過(guò)程有所不同,分析側(cè)重點(diǎn)也不一樣。在這里僅僅給出大致的分析過(guò)程,具體內(nèi)容還要看具體實(shí)例的情況。6.2典型橋梁分析模擬過(guò)程6.2.1創(chuàng)建物理環(huán)境建立橋梁模型之前必須對(duì)工作環(huán)境進(jìn)行一系列的設(shè)置。進(jìn)入ANSYS前處理器,按照以下6個(gè)步驟來(lái)建立物理環(huán)境:1、設(shè)置GUT菜單過(guò)濾2、定義分析標(biāo)題(/TITLE)3、說(shuō)明單元類型及其選項(xiàng)(KEYOPT選項(xiàng))專業(yè)技術(shù)資料1第6章橋梁工程分析4、設(shè)置實(shí)常數(shù)和單位
4、制5、定義材料屬性1.設(shè)置GUI菜單過(guò)濾如果你希望通過(guò)GUI路徑來(lái)運(yùn)行ANSYS,當(dāng)ANSYS被激活后第一件要做的事情就是選擇菜單路徑:MainMenu>Preferences,執(zhí)行上述命令后,彈出一個(gè)如圖6-1所示的對(duì)話框出現(xiàn)后,選擇Structural。這樣ANSYS會(huì)根據(jù)你所選擇的參數(shù)來(lái)對(duì)GUI圖形界面進(jìn)行過(guò)濾,選擇Structural以便在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)過(guò)濾掉一些不必要的菜單及相應(yīng)圖形界面。圖6-1GUI圖形界面過(guò)濾2.定義分析標(biāo)題在進(jìn)行分析前,可以給你所要進(jìn)行的分析起一個(gè)能夠代表所分析內(nèi)容的標(biāo)題,比如“trussbridg
5、e”,以便能夠從標(biāo)題上與其他模型區(qū)別。用下面的GUI方法定義分析標(biāo)題。命令:/TITLEGUI:UtilityMenu>File>ChangeTitle圖6-2GUI定義標(biāo)題專業(yè)技術(shù)資料1第6章橋梁工程分析3.定義單元類型及其選項(xiàng)(KEYOPT選項(xiàng))與ANSYS的其他分析一樣,結(jié)構(gòu)分析也要進(jìn)行相應(yīng)的單元選擇。ANSYS軟件提供了100種以上的單元類型,可以用來(lái)模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料,各種不同的單元組合在一起,成為具體的物理問(wèn)題的抽象模型。在橋梁結(jié)構(gòu)模擬分析中,最常用的單元是梁?jiǎn)卧?,例如,梁?jiǎn)卧赡M不同截面的鋼梁、混泥土梁等;殼
6、單元和桿單元也很常用,殼單元可以模擬橋面板箱梁等薄壁結(jié)構(gòu),桿單元可以模擬預(yù)應(yīng)力鋼筋和桁架等。定義好不同的單元及其選項(xiàng)(KEYOPTS)后,就可以建立有限元模型??梢圆捎镁€性或者非線性的結(jié)構(gòu)單元。表6-1橋梁分析常見單元單元維數(shù)形狀和自由度特性LINK83-D線形,2節(jié)點(diǎn),3自由度剛性桿,可承受拉力和壓力,用來(lái)定義桁架等。可定義其截面積和初始應(yīng)變。和初始應(yīng)變。LINK103-D線形,2節(jié)點(diǎn),3自由度只能承受拉力的柔性桿,用來(lái)模擬索單元??啥x其截面積和初始應(yīng)變。BEAM32-D線形,2節(jié)點(diǎn),3自由度二維彈性梁,可定義其截面積、慣性矩、
7、初始應(yīng)變、截面高度等。BEAM43-D線形,2節(jié)點(diǎn),6自由度三維彈性梁,可定義其截面積、截面形狀、三向慣性矩、初始應(yīng)變、截面高寬等。BEAM443-D變截面不對(duì)稱,2節(jié)點(diǎn),6自由度三維彈性梁,可定義多個(gè)截面的截面積、截面形狀、三向慣性矩、初始應(yīng)變、截面高寬等。SHELL633-D四邊形或三角形,4節(jié)點(diǎn),6自由度三維彈性殼,可定義其節(jié)點(diǎn)處厚度、剛度、初始彎曲曲率等。設(shè)置單元以及其關(guān)鍵選項(xiàng)的方式如下:命令:ETKEYOPTGUI:MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete專業(yè)技術(shù)資
8、料1第6章橋梁工程分析圖6-3(a)GUI添加單元類型圖6-3(b)GUI選擇單元類型4.設(shè)置實(shí)常數(shù)和單位制單元實(shí)常數(shù)和單元類型密切相關(guān),用R族命令(如R,RMODIF等)或其相應(yīng)GUI菜單路徑來(lái)說(shuō)明。例如在結(jié)構(gòu)分析中,你可以用實(shí)常數(shù)